热带亚热带森林典型木本植物根叶水力结构与功能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 段梦成 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 马泽清 |
| 关键词 | 根构型 水力导度 细胞壁厚度 细胞壁组分 水力协同 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 极端干旱导致森林衰退甚至死亡，理解树木的抗旱生理机制和生态适应策略，对预测森林生态服务功能和可持续性至关重要。根系是水分的进口，叶片为水分出口，根-叶构成了一个完整的水力维管系统。长期以来，根系的水力学研究明显滞后于叶片，尤其是高大木本植物末端吸收根系水力结构与功能联系的匮乏，限制了对树木整体根-叶功能模块化设计及其对水分吸收运输规律的全面理解。 本论文以我国热带-亚热带森林典型木本植物为研究对象，以根系水力结构功能为突破口，以叶片细胞尺度的细胞壁组分和水力功能为特色，定量分析根系结构性状与水力导度的关系，揭示叶片细胞组织结构和生物化学组分对干旱耐受功能的影响，阐明从根到叶水力结构和功能协调及其与经济性状的关联。主要发现如下： （1）种内水平根解剖和形态性状的可塑性低于根构型相关性状，表明树木在种内水平获取水分等资源主要依赖于根构型的变异。通过系统比较西双版纳三个海拔高度橡胶林的根系解剖、形态、菌根侵染、构型和分配等性状，发现根系形态和解剖性状变异范围十分有限，变异系数仅为2–19%。相比之下，构型和生物分配相关性状，如二分叉指数、根长密度、生物量和生产力分配等，表现出较高的可塑性，变异系数为36–97%。构型与分配性状高度协调，共同塑造了橡胶地下资源获取性状变异的主要功能维度。 （2）根系水力导度与根直径相关的性状密切关联。通过测定31 个树种根系水力导度和吸收根形态、解剖性状，发现根系水力导度与表征根长投资的形态性状和表征水分输导效率的解剖性状存在显著相关，但是与菌根侵染率无关。具体而言，与根直径较粗植物相比，具有高比根长、薄皮层和大中柱直径比的细根植物通常表现出较高的水力导度，表明皮层厚度可能是根系水分输导的主要阻力来源。此外，根系水力导度具有显著的系统发育信号(Pagel’s λ = 0.92，p < 0.001)，与根直径进化方向一致，这综合表明植物朝着一个更加高效的根系水分吸收和运输的方向进化。 （3）叶片细胞结构与叶片抗旱能力相协调，但这种协调性具有明显的环境依赖性。以同一气候区土壤水分有效性差异显著的干旱和湿润森林为背景，选取了69 个优势树种，对叶片解剖、细胞壁组分、经济性状和干旱耐受性状等26 个指标进行比较性研究。结果表明，干旱和湿润森林在饱和渗透势、弹性模量和水容等干旱耐受性状表现出趋同性。然而，这些生理学性状趋同背后的细胞学机制截然不同：湿润森林树种叶片解剖结构对干旱耐受性状变异相对贡献率高达86%，而干旱森林中细胞壁组分对干旱耐受性状变异相对贡献率为78%。特别的，湿润森林植物叶片饱和渗透势和弹性模量与叶片解剖性状密切相关，而在干旱森林中主要与果胶含量密切相关。这些结果强调了干旱森林高度依赖果胶调节细胞弹性和渗透功能以适应复杂多变的土壤水分条件。 （4）从根到叶，揭示了树木水力功能协同的格局。在水力功能方面，31 个树种根-叶水力导度显著正相关。在解剖性状方面，主导叶片水分输导效率的叶脉密度和末端叶脉直径，与影响根系水分输导效率的中柱直径比显著相关。这些结果共同表明，植物在水分运输效率方面存在一个整体的“快-慢”功能维度，体现了高效或保守的水分利用策略权衡。然而，尽管根叶运输效率高度协调，但是与反映叶片水力安全的干旱耐受性状、经济性状相互独立，暗示了植物在适应不同环境压力时，存在多种潜在的性状组合，对理解植物多样化的生态策略具有重要意义。 这些工作较早研究了根系结构性状与水力导度的关系，为理解植物水分吸收机制奠定了基础。此外，提出细胞壁生物化学组分调控树木水分生理和抗旱的新机制，揭示了根-叶水力功能协同格局及其与经济性状的分异规律。这些发现共同为理解物种生态策略分化和群落构建过程提供了重要理论框架，并为为预测森林如何响应气候变化提出了理论依据。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 143 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217246]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 段梦成. 热带亚热带森林典型木本植物根叶水力结构与功能研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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